先进加工技术介绍课件.pptx

1、先进加工技术介绍1激光加工 定义：定义： 激光加工技术是涉及光、机、电、计算机和材料等多个学科的综合性高新技术。激光加工是利用能量密度很高的激光束使工件材料熔化、汽化和蒸发而予以去除的高能束加工。 原理原理 激光束照射材料 材料吸收光能 光能转变为热能使材料加热 经由熔融和气化使材料去除或破坏。 激光加工的特点激光加工的特点 （1）可以加工任何材料。（2）可用于精密微细加工。（3）激光加工是属于非接触性加工。（4）激光加工装置比较简单。（5）是一种热加工，影响因素很多。 激光加工原理 激光加工的应用激光加工的应用 激光切割 可切割任意的自由形状，不需要更换工具，效率高 激光打孔 原理：先在工件

2、表面瞬间发生熔融、蒸发、去除表层材料；其次，表层下的材料迅速达到蒸发温度以上，发生爆炸，附近的熔融区域和松散状态的部分飞散而形成孔。 特点：1 .激光打孔速度快,效率高,经济效益好。2 .激光打孔可获得大的深径比。3.激光打孔可在硬、脆、软等各类材料上进行。4.激光打孔无工具损耗。5.激光打孔适合于数量多、高密度的群孔加工。6.用激光可在难加工材料倾斜面上加工小孔 激光加工的应用激光加工的应用(续续) 激光焊接 热导焊：激光功率密度较低，工件吸收激光后，仅达到表面融化，然后依靠热传导向工件内部传递热量形成熔池。这种焊接模式熔深浅，深宽比较小。 深熔焊：激光功率密度高，工件吸收激光后迅速熔化乃至

3、汽化，熔化后的金属在蒸汽压力作用下形成小孔激光束可直照孔底，使小孔不断延伸，直至小孔内的蒸气压力与液体金属的表面张力和重力平衡为止。小孔随着激光束沿焊接方向移动时，小孔前方熔化的金属绕过小孔流向后方，凝固后形成焊缝。这种焊接模式熔深大，深宽比也大。 激光加工的应用激光加工的应用(续续) 激光焊接 深熔焊过程产生的金属蒸气和保护气体，在激光作用下发生电离，从而在小孔内部和上方形成等离子体。等离子体对激光有吸收、折射和散射作用，因此一般来说熔池上方的等离子体会削弱到达工件的激光能量。并影响光束的聚焦效果、对焊接不利。通常可辅加侧吹气驱除或削弱等离子体。 由于经聚焦后的激光束光斑小，功率密度高，比电

4、弧焊高几个数量级，因而激光焊接具有传统焊接方法无法比拟的显著优点：加热范围小，焊缝和热影响区窄，接头性能优良；残余应力和焊接变形小，可以实现高精度焊接；可对高熔点、高热导率，热敏感材料及非金属进行焊接；焊接速度快，生产率高；具有高度柔性，易于实现自动化。 2高压水射流加工n高压水射流加工是以水为介质，通过高压发生设备，其压力可达70400Mpa，再经过贮液能器使高压流体平稳，最后由喷嘴形成 300900m/s 的高速流体束流，喷射到工件表面，从而达到去除材料的加工目的n在普通射流中加入磨料磨粒则形成磨料水射流，此时，水射流作为载体使磨料粒子加速，由于磨料质量大，硬度高，所以，磨料射流较之水射流

5、动能更大，切割效果更强。n高压水射流加工装置基本上由液压系统（供水系统、增压系统、高压水路系统、磨料供给系统）、切割系统（WJ/AWJ 喷嘴切割装置）、数控运动控制系统和外围设备（CAD/CAM 系统和全封闭防护罩等）组成。n喷嘴的材料应具有良好的耐磨性、耐腐蚀性和承受高压的性能。常用的材料有硬质合金、蓝宝石、红宝石和金刚石。3高速加工 定义： 通常采用的切削速度和进给速度比常规加工高 510 倍的加工方式就是高速加工，但它并非普通意义上的采用大的切削用量来提高加工效率的一种加工方式，而是采用高转速、快进给、小切深和小步距来去除余量，完成零件加工的过程。 优势： 单位时间内的材料切除率可增加

6、36 倍，缩短零件的切削加工工时，提高生产效率； 切削力至少降低 30，径向切削力小，有利于加工薄壁、细长等刚性差的零件； 95以上的切削热被切屑带走，工件保持冷态，适合于加工易热变形工件； 激振频率高，工作平稳振动小，可加工非常紧密、光洁的零件，表面残余应力小，可省去铣削后的精加工工序。 4超精密加工方法和设备 超精密加工技术是一门集机械、光学、电子、计算机、测量和材料科学等先进技术于一体的综合性技术。 超精密加工技术通常是指被加工零件的尺寸精度低于 0.1m，表面粗糙度Ra小于0.025m的加工技术。目前超精密加工的零件精度已达到亚微米级，正在向纳米级工艺发展。 按照加工方式的不同，超精密

7、加工可分为超精密切削、超精密磨料（固结磨料和游离磨料）加工、超精密特种加工及复合加工。 图 1 LLNL 的 LODTM 大直径光学超精密车床 镜面铣技术镜面铣技术 镜面铣在超精密机床中属于最简单的一类。其关键部件为高精度主轴和低摩擦高平稳定性的滑台。 滑台的驱动系统是达到高精度表面的关键，最初采用气液缸驱动，后发展为平稳的钢带驱动，最近又出现了高精度、高平稳性的滚珠丝杠驱动和直线电机驱动系统。 滚珠丝杠驱动具有高刚性的特点，其平稳必除电机外取决于丝杠螺母副的精度。 与钢带驱动系统相比，滚珠丝杠驱动对电机的要求较低，因为电机转一周，滑台只前进一个螺距，而在钢带驱合系统中，滑台要前进带轮的一个周

8、长。受钢带的材质和厚度的影响，带轮的直径通常在40mm以上，为了尽可能减少电机平稳性的影响，多数钢带驱动系统采用蜗轮蜗杆减速器，其性能的优劣决定了滑台运动的平稳性。 应用范围较广，如镜面镜削飞机玻璃的时间约是抛光的一半左右 金刚石车削技术金刚石车削技术 金刚石车床与镜面铣床相比，其机械结构更为复杂，技术要求更为严格。除了必须满足很高的运动平稳性外，还必须具有很高的定位精度和重复精度。镜面铣削平面时，对主轴只需很高的轴向运动精度，而对径向运动精度要求较低。金刚石车床则须兼备很高的轴向和径向运动精度，才能减少对工件的形状精度和表面粗糙度的影响。 超精密金刚石切削的机理：切削深度小，一般在微米级。切

9、削表面一般由工具的挤光作用形成。 超精密金刚石切削用金刚石刀具：1.刀具刃口的锋利性(刃口半径越小，被切削表面的弹性恢复量就越小，加工变质层也越小。刃口圆弧半径小到10nm左右）2.切削刃的粗糙度（决定切削表面的粗糙度，Ry0.1-0.27）3.刀具与被切削材料的亲和性（会加快刀具的微观磨损）4.刀具的切削刃强度高、耐磨性 应用范围：有机玻璃、塑料、高强度镍钢、工具钢、陶瓷 精密和超精密磨削精密和超精密磨削 精密和超精密磨削是利用细粒度的磨粒和微粉对黑色金属、脆性材料等进行加工，得到较高的加工精度和较低的表面粗糙度 加工方式：固结磨料加工 游离磨料加工 加工精度10.1um，表面粗糙度Ra0.

10、2-0.025um 磨削机理：靠砂轮的精细修整使磨料具有微刃性和等高性，微刃的微切削作用、等高切削作用和微刃的滑挤、摩擦、抛光作用，加上无火花磨削阶段的作用 磨料的种类 金刚石（非铁系材料） 立方氮化硼（铁系材料）5 LIGA技术 LIGA(光刻电铸)是德语Lithographie Galvano formung und Abforming 的缩写。LIGA 技术是20 世纪80 年代处在德国卡尔斯鲁耳原子能研究中心为提出铀-235 研制微型喷嘴结构的过程中产生的。LIGA 工艺是基于X 射线光刻技术的三维微结构加工技术，在原理上LIGA 技术与全息记录的大规模复制（例如，激光唱片生产）有点相

11、仿：1）把从同步加速器发射出的具有短波长和很高平行性的X射线作为曝光光源，可在最大厚度达0.5mm的光致抗蚀剂上生成曝光图形的三维实物；2）用曝光蚀刻的图形实物作为电铸的模具，生成铸型；3）以生成的铸型作为注射成型的模具，加工所需的微型零件。 与其他立体微加工技术相比，LIGA 技术具有平面内几何图形的任意性、高深宽比、高精度、小粗糙度、原料的多元性等突出优点。 6虚拟轴机床 该机床的主轴单元由六根可变长度驱动杆支撑于工作台上方。六根驱动杆的另一端通过铰链固定于基础框架上。调节六驱动杆的长度，可使主轴和刀具实现六个自由度的空间运动（包括沿3 个线性虚拟轴X、Y、Z 的平移运动和沿3 个转动虚拟

12、轴A、B、C 的旋转运动），使刀具在工件上加工出复杂的三维曲面。 虚拟轴机床没有传统机床那样的笨重床身、立柱和导轨、滑座，只由杆件组成的框架式结构和长度可控的伸缩杆，结构简单，刚性好，用材少，质量轻，运动速度和运动精度高，结构紧凑，动态响应速度快，易于实现高速度、高加速度和高柔性，制造方便，制造成本低，是对传统机床结构具有重大意义的革命性创新。 三杆五轴虚拟轴机床7 绿色制造的研究内容（1）绿色制造的理论体系 包括绿色制造的资源属性、建模理论、运行特性、可持续发展战略，以及绿色制造的系统特性和集成特性等。（2）绿色制造的体系结构和多生命周期工程 包括绿色制造的目标体系、功能体系、过程体系、信息

13、结构、运行模式等。绿色制造涉及产品整个生命周期中的绿色性问题，其中大量资源如何循环使用或再生，又涉及产品多生命周期工程这一新概念。（3）绿色制造的系统运行模式 绿色制造系统将企业各项活动中的人、技术、经营管理、物能资源、生态环境，以及信息流、物料流、能量流和资金流有机集成，并实现企业和生态环境的整体优化，达到产品上市快、质量高、成本低、服务好，有利于环境，并赢得了竞争的目的。（4）绿色制造的物能资源系统 鉴于资源消耗问题在绿色制造中的特殊地位，且涉及绿色制造全过程，因此，要建立绿色制造的物能资源系统，并研究制造系统的物能资源消耗规律、面向环境的产品材料选择、物能资源的优化利用技术、面向产品生命周期和多生命周期的物能流和能源的管理与控制等问题。图1 绿色制造系统模型图2 工业企业实施绿色制造的过程图